區域海洋動力與邊界流系統 (Regional Ocean Dynamics and Boundary Current Systems)
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Ho, C. Y., Lee, H. J., Hsu, P. C., Lien, R. C., and Cheng, K. H. (2025) Tides enhance the intensity of upwelling and water temperature oscillations in the cold dome region off northeastern Taiwan. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 314, 109127 https://doi.org/10.1016/j.ecss.2025.109127
Lee, H. J.*, Lee, M. A., Ho, C. Y., Hsu, P. C., and Wang, Y.C. (2022). Crescent-shaped low-temperature distribution along the convex topography in the southeastern edge of Taiwan Bank in summer. Journal of Physical Oceanography, 52(11), 2705-2723. https://doi.org/10.1175/JPO-D-21-0201.1
Lu, C. Y., Hsu, P. C., Zheng, Q., and Ho, C. R. (2022). Variations in flow patterns in the northern Taiwan Strait observed by satellite-tracked drifters. Remote Sensing, 14(9), 2154. https://doi.org/10.3390/rs14092154
Hsu, P. C.* (2022). Surface Current Variations and Hydrological Characteristics of the Penghu Channel in the southeastern Taiwan Strait. Remote Sensing, 14(8), 1816. https://doi.org/10.3390/rs14081816
Hsu, P. C.*, Lee, H. J., and Lu, C. Y. (2021). Impacts of the Kuroshio and tidal currents on the hydrological characteristics of Yilan Bay, northeastern Taiwan. Remote Sensing, 13(21), 4340. https://doi.org/10.3390/rs13214340
Hsu, P. C., L. Centurioni, Shao, H. J., Zheng, Q., Lu, C. Y., Hsu, T. W., and Tseng, R. S. (2021). Surface Current Variations and Oceanic Fronts in the Southern East China Sea: Drifter Experiments, Coastal Radar Applications, and Satellite Observations. Journal of Geophysical Research - Oceans, 126, e2021JC017373. https://doi.org/10.1029/2021JC017373
Hsu, P. C., Lu, C. Y., Hsu, T. W., & Ho, C. R. (2020). Diurnal to seasonal variations in ocean chlorophyll and ocean currents in the north of Taiwan observed by Geostationary Ocean Color Imager and coastal radar. Remote Sensing, 12(17), 2853. https://doi.org/10.3390/rs12172853
Hsu, P. C., Zheng, Q., Lu, C. Y., Cheng, K. H., Lee, H. J., & Ho, C. R. (2018). Interaction of coastal countercurrent in I-Lan Bay with the Kuroshio northeast of Taiwan. Continental Shelf Research, 171, 30-41. https://doi.org/10.1016/j.csr.2018.10.012
Hsu, P. C., Chang, M. H., Lin, C. C., Huang, S. J., & Ho, C. R. (2017). Investigation of the island-induced ocean vortex train of the Kuroshio Current using satellite imagery. Remote sensing of Environment, 193, 54-64. https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.02.025
Hsu, P. C.*, Lin, C. C., Huang, S. J., & Ho, C. R. (2016). Effects of cold eddy on Kuroshio meander and its surface properties, east of Taiwan. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 9(11), 5055-5063. https://doi.org/10.1109/JSTARS.2016.2524698
作為北太平洋的西邊界洋流，黑潮在臺灣周邊海洋環境中扮演關鍵角色。過去幾十年間，大量的研究與現地觀測在台灣東北沿海地區發現了一個冷丘(冷渦)，推測其受到黑潮與複雜地形相互作用的影響。衛星月均海表溫度影像顯示夏季存在顯著的冷水團。然而，過去的研究尚未清楚解釋此冷丘的形成機制。在本研究中，我們使用麻省理工學院通用環流模型（MITgcm）來識別臺灣東北沿海冷丘形成的機制。通過模擬不同的情境，我們分析了冷丘區域冷水上升的主要成因。模型在50米深度的結果顯示，臺灣東北沿海的冷丘區域比黑潮冷4°C至5°C，該區域正是黑潮撞擊之處。然而，模型中表層1°C的降溫幅度低於現地觀測和衛星影像所顯示的5°C。將風應力效應納入模型顯示，夏季季風可能會增加冷丘的面積，但無法解釋表層溫度的下降。加入潮汐效應後，模型能夠準確模擬出表層5°C至6°C的溫度下降，與觀測結果一致。模型溫度表現出周期性變化。對模型溫度的頻譜分析顯示，其頻譜在日潮、半日潮和14天週期上有顯著峰值。
台灣海峽周邊存在五個強度不等的湧升流帶，其中台灣灘（Taiwan Bank）湧升流帶的低溫特徵最為突出。在這項研究中，分析了在過去十年中有關台灣灘海域的衛星圖像、船載 ADCP（聲學都普勒電流剖面儀）和 CTD（溫鹽深儀），以試圖提高對該地區冷水上升流過程的了解。此外，還採用了 MITgcm 數值模型和flexible cubic spline 技術，使我們能夠更好地理解這些過程。模型結果表明，由地轉南海暖流 (SCSWC) 驅動的埃克曼輸運和離心力的組合構成了促成台灣灘區劇烈湧升流的動力機制，湧升流主要由埃克曼輸運驅動。 然而，離心力可能解釋了為什麼沿台灣灘區東南緣凸形地形的月牙型低溫湧升流比預期更突出，因為它趨向於所謂的梯度風平衡(gradient wind balance)。 由於非常陡峭的陸架斷裂（20-60 m）和陡坡地形，摩擦力突然鬆弛； 陸架斷裂周圍的不連續速度區也可能導致劇烈的冷水湧升流。
本研究利用高頻雷達測量、衛星追踪的漂流物軌跡和數值模型研究夏季臺灣海峽北部流動模式的變化。臺灣西北部的日內潮汐與洋流之間存在明顯的相互作用。當潮汐在高潮和低潮之間變化時，較近岸的海流方向變化發生在離岸較遠的海流之前。漂流軌跡顯示，夏季臺灣海峽存在三種不同的漂流路徑。一條路徑(Path 1)是沿著臺灣西海岸，從西南海岸到東北海岸。另一條路徑(Path 2)與第一條相同，但不是向東通往臺灣東北海岸，而是向北通往東海。第三條路徑(Path 3)在受到海洋底部山脊作用偏轉後存在於離臺灣西海岸有一段距離之處。本研究使用區域海洋模擬系統模型來闡明導致這三種路徑的影響因素。多次模擬和高頻雷達數據的結果表明，臺灣西北部前兩條漂移路徑的分支是由漲退潮轉換所引起的。後兩條路徑的不同路線是由於近岸海流和離海岸約45公里的離岸海流之間存在顯著的速度差異。
本研究利用在臺灣沿海部署的沿岸海洋動力學應用雷達（Coastal ocean dynamics application radar, CODAR）高頻雷達揭示2014年12月至2020年12月臺灣海峽東南部的澎湖水道（Penghu Channel, PHC）每小時至整個氣候季節平均的海面流場變化。PHC中的海流具有半日潮週期，季節性主流、風向和風速是顯著影響流經PHC的水流方向和其速度的關鍵。PHC區域內的潮流速度可達1m/s以上，PHC內的月平均流速在0.12m/s（冬季）和0.24m/s（夏季）之間。對於大氣條件存在較弱的北風甚至是南風時，PHC內的海流是北向。一些漂流浮球證據顯示臺灣西海岸沿岸向南的海流會在秋季和冬季通過PHC，高頻雷達觀測也證實了這一點，而這些案例發生在强烈的東北風期間。不同的風場條件除了會影響通過PHC的海流速度也會影響PHC北部的分支流。 高頻雷達觀察到的海流特徵與海表面溫度、海表面鹽度和葉綠素濃度等衛星數據的空間特徵高度一致， 然而，與衛星得出的地轉流有顯著差異。
宜蘭灣位於台灣東北角，東海與太平洋交界處，這項研究闡明了宜蘭灣附近水團的組成: 宜蘭灣上層海水以黑潮表層水、台灣暖流水、陸架混合水團為其特徵。該區域的海洋表層流場主要由台灣東北部逆流、黑潮和潮流相互作用決定。秋季是宜蘭灣的主要降雨期，河川徑流流量較大，葉綠素濃度進一步升高，上層海水鹽度遠低於其他季節。葉綠素濃度高的水在退潮時一部分會流入東海，而在漲潮及退潮時皆會流入黑潮區域。結合每小時地球同步海洋水色成像儀數據和數值模擬流場有助於我們了解葉綠素濃度的短期變化。漂流浮球的軌跡和虛擬質點模擬有助於我們了解宜蘭灣洋流的來源和運動過程。灣外黑潮路徑的季節性波動是影響流場和水文特徵的重要因素。
各種海流產品在臺灣北部(東海南部)長期以來一直存在明顯的差異。我們將CODAR流場與長期衛星數據結合發現，臺灣西北部外海在10月至1月時存在一南向海流，命名為北臺灣沿岸流(Northern Taiwan Coastal Current, NTCC)，釐清了長久以來的海流流動方向的爭議。另一方面，我們也進行了四次的真實浮球實驗，浮球在二月施放於臺灣海峽北端與東海交界處，其移動軌跡順應著潮流擺盪並遵循在主要海洋流場前進，其向東至臺灣北部海域後進入黑潮流域再轉向北往東海前進，浮球紀錄顯著的流速及表面海溫變化，發現到明顯的海洋溫度鋒面出現在台灣北部海域，短短的500公尺距離，海溫即可變化達攝氏2.5度。
臺灣北部流場位處臺灣海峽、東海及黑潮流域交界處，流況相當複雜。為了理解臺灣北部海流的物理動態過程以及海洋葉綠素濃度的時空分佈，我們分析了每小時沿海海洋動力學應用雷達（CODAR）流場和地球靜止海洋彩色成像儀（GOCI）數據。根據2014年12月至2020年5月的數據，臺灣海峽的水在春季和夏季通過東海沿台灣北部海岸以平均0.13 m/s的速度流入黑潮地區。在冬季，黑潮入侵了東海陸棚，水流以平均0.08 m/s的速度通過東海流入臺灣海峽。臺灣西北沿海海洋葉綠素濃度的季節變化明顯，11月至1月的平均葉綠素濃度超過2.0 mg/m^3，春季最低濃度為1.4 mg/m^3。顯然，在潮起潮落期間，台灣北部的潮流分別向東和向西流動。受背景海流的影響，流速表現出明顯的季節變化，即在退潮期間夏季為0.43 m/s，冬季為0.27 m/s，在漲潮期間，夏季為0.26 m/s，冬季為0.45 m/s。基於CODAR數據，虛擬漂流實驗和GOCI數據，這項研究為台灣北部海流運動過程提供了新穎而重要的知識，並指出了海洋葉綠素濃度的日變化與季節變化，從而有助於未來對此區域水團交互作用的研究。
宜蘭灣近海是否有存在和黑潮流向相反的逆流一直是個待解問題，本研究利用歷史船測數據集及衛星遙測資料證實宜蘭灣海域的確存在逆流，並且分析其產生機制。歷史的都卜勒流速剖面儀(acoustic Doppler current profiler, ADCP)數據顯示，宜蘭灣逆流是由台灣東北方的沿岸流向下進入灣內，其流速約為0.1-0.2 m/s。宜蘭灣的海溫約比黑潮低2°C，鹽度亦較黑潮低0.4 psu。利用水質指數分析後，研判宜蘭灣水受到台灣北部的陸棚水和黑潮近岸水混合而成，在灣外形成明顯的海洋溫度鋒面。藉由動力分析，研究發現宜蘭灣逆流產生原因有二: 1. 受到夏季台灣東北海域好發的冷丘影響產生，2. 台灣海峽北部的風驅流受到西南季風吹拂使得逆流在夏季更為強烈。這些機制符合艾克曼傳輸理論，並且本研究以向日葵衛星8號海溫資料搭配衛星地轉流場證實此現象。
為了調查台灣東部綠島海域的次中尺度尾流現象，本研究使用五種高解析度衛星圖像探討綠島尾流的空間尺度變化，並且搭配海洋錨錠都卜勒流速剖面儀(acoustic Doppler current profiler, ADCP)資料分析島嶼尾流產生與否時的流速變化。衛星影像包含SPOT, Formosat-2, ERS, ALOS, 以及Sentinel-1。根據ADCP的量測，研究發現當綠島尾流形成時，其西側邊界速度明顯增加，此符合了馮卡門渦街的特性。為了計算馮卡門渦街的空間特徵變異，我們計算了縱橫比(aspect ratio)和無量綱寬度(dimensionless width)兩個參數，此參數可用來量化渦街的長寬比和延伸距離，同時我們亦證實了風向的確會對於尾流的擴散產生影響，在偏南風下，渦旋列的平均縱橫比為2.09，無量綱寬度為2.02，而在偏北風下則分別為1.91和2.76。
台灣東部黑潮主軸會因中尺度渦漩影響而蛇行蜿蜒，本研究為首次提出黑潮蛇行的例子及分析。我們發現台灣東部黑潮在1993至2013年間向東蛇行13次。 其最長持續時間可達80天。 黑潮主軸最遠的東移距其原始位置約270 km。 冷渦會將黑潮軸的速度降低到其季節平均值的84％，即約0.75 m/s。 當黑潮主軸向外偏移時，衛星觀測顯示台灣東南海域海面溫度會下降1-3℃，而葉綠素甲濃度則會增加到0.54 mg/cm^3。
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